CN100437098C - 热传导性能检测装置及检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种热传导性能检测装置，其包括：一加热部；一承载部，该承载部包括一支撑块及与该支撑块一体成型的第一导热块，该第一导热块进一步包括一承载平面；一扣合部，该扣合部包括一第二导热块，该第二导热块进一步包括一扣合平面与上述承载平面相对应；及多个扣具，其中该加热部提供承载部一恒定的温度，该扣具两端分别扣住第一导热块与第二导热块，该第二导热块进一步包括一温度量测装置用于测量第二导热块的温度。

Description

热传导性能检测装置及检测方法
【技术领域】
本发明涉及一种热传导性能检测装置及检测方法，尤其涉及一种热介面材料的热传导性能检测装置及检测方法。
【背景技术】
随着半导体集成电路不断在改进、发展，电路集成程度越来越高，热介面材料(Thermal Interface Material，TIM)的应用亦越来越广泛。然而，决定热介面材料性能的最基本参数为热传导系数。在热介面材料的开发过程中，实验测量其热传导系数系不可缺少的一项重要步骤，每种不同配方的热介面材料于调配出来后都会先进行热阻值的实验测量，确定其是否满足需求。因此，如何才能准确地测量热介面材料的热传导系数对热介面材料的发展起到了非常重要的作用。
热介面材料在做热传导系数测量时，其热传导系数是热传距离的函数，其关系式如下所示：
K = Q × L A × ( T 1 - T 2 )
其中，K为热传导系数；Q为热流量(Heat Flow Rate)；A为热传导方向的横截面积；L为热传导距离，即热介面材料的厚度；T1、T2分别为热介面材料的两介面的温度。
传统热介面材料的热传导系数测试方式是采用在一绝热环境中，以两铜块将热介面材料夹在其中，利用加压平台施加一扣合力后，一端利用一个热通量产生器(Dummy Heater)来产生热，另一端通过冷却装置将热带走。待系统热平衡后分别量测铜块上的温度后得到热介面材料两端的温差，然后通过热传导的关系式推算即可得出该热介面材料的热传导系数。
美国专利第6,331,075号揭示一种薄膜热传导系数测量装置及其方法，其采用一种仿真计算器内部热介面材料实际应用的方式来进行测量。并通过设立于热介面材料两端导热块的多个温度量测孔来精确测量薄膜两端的温度差，进而得到精确的热介面材料热传导系数值。然而，该热传导系数测量装置及方法虽然能够通过测量得到较为精确的热传导系数值，但量测步骤复杂，安装不易，为得到热介面材料两端精确的温度差则必须设立多个温度量测孔。而且，测量必须等到整个系统达到热平衡后方能进行，量测速度较慢，不利于做大量热介面材料样品的快速筛选。
因此，提供一种安装快速、量测时间短，适合做大量样品的快速筛选的热传导性能检测装置十分必要。
【发明内容】
以下，将以若干实施例说明一种安装快速、量测时间短，适合做大量样品的快速筛选的热传导性能检测装置。
以及通过这些实施例说明一种热传导性能检测方法。
为实现上述内容，提供一种热传导性能检测装置，其包括：一加热部；一承载部，该承载部包括一支撑块及与该支撑块一体成型的第一导热块，该第一导热块进一步包括一承载平面；一扣合部，该扣合部包括一第二导热块，该第二导热块进一步包括一扣合平面与上述承载平面相对应；及多个扣具，其中该加热部提供承载部一恒定的温度，该扣具两端分别扣住第一导热块与第二导热块，该第二导热块进一步包括一温度量测装置用于测量第二导热块的温度。
以及，提供一种热传导性能检测方法，其包括以下步骤：提供一承载部，该承载部包括一承载平面；设置待测的第一热介面材料样品于承载部的承载平面；提供一扣合部，该扣合部包括一扣合平面及一温度量测孔；将该第一热介面材料扣合于承载部与扣合部之间，使得该第一热介面材料两表面分别与承载平面及扣合平面相接触；提供盛有水的水槽，该水槽中水的温度维持恒定温度(Tw)；仅将承载部浸没于水中，以恒定温度(Tw)对承载部进行加热；通过该温度量测孔测量扣合部的温度，并记录下扣合部温度上升至该恒定温度(Tw)的时间。
与现有技术相比较，本技术方案的热传导性能检测装置及检测方法具有如下优点：其一，本技术方案的热传导性能检测装置采用简易扣具来提供一扣合力且采用简易加热装置水槽提供一恒温热源，结构简单，安装快速，量测时间也大为缩短，适合做大量样品的快速筛选；其二，本技术方案的热传导性能检测装置在量测时只需量测一个温度点，并记录下温度随时间变化的曲线即可；其三，本技术方案的热传导性能检测装置使用组件少，加热源采用恒温水槽或其它装置，取得容易，成本低。
【附图说明】
图1是第一实施例热传导性能检测装置的分解示意图。
图2是第一实施例热传导性能检测装置的应用示意图。
图3是第一实施例热传导性能检测装置测量不同热介面材料样品的温度-时间曲线示意图。
【具体实施方式】
下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
图1是本技术方案第一实施例热传导性能检测装置的分解示意图。本技术方案提供一种热传导性能检测装置10，其包括一承载部12，一扣合部13及扣具15、15′。承载部12包括一具有第一直径的支撑块121及与该支撑块121一体成型的具有第二直径的第一导热块122。该支撑块121与该第一导热块122为一同心圆柱体，材料皆为金属铜。该第一直径小于第二直径。第一导热块122进一步包括一承载平面123，该承载平面123具有低表面粗糙度，用于承载待测热介面材料17。扣合部13包括一具有第二直径的第二导热块131，该第二导热块131为圆柱体，材料为金属铜，该第二导热块131进一步包括一光滑的扣合平面133与上述承载平面123相对应，以及一温度量测孔132用于量测第二导热块131的温度变化，该扣合平面133与承载平面123具有相同的横截面积，该温度量测孔132位于第二导热块131的顶部中央位置。扣具15、15′由“ㄩ”形绝热弹性材料构成，该扣具15、15′两端分别扣住第一导热块122与第二导热块131，用以提供一恒定的扣合力，使得热介面材料17能被紧密扣合于第一导热块122与第二导热块131之间。
请参阅图2，上述实施例的热传导性能检测装置10于测量时，首先将扣具15、15′分别扣住承载部12的第一导热块122与扣合部13的第二导热块131，使得热介面材料17能被紧密扣合于第一导热块122与第二导热块131之间。然后将承载部12的支撑块121浸没于盛有恒温水11′的水槽11中，水槽11中的恒温水11′可通过加热或其它方式控制保持具有一定的较高温度。最后通过位于第二导热块131的温度量测孔132量测第二导热块131的温度，并记录下第二导热块131由初始温度升高的水温所花费的时间。
使用本技术方案的热传导性能检测装置来检测热介面材料热传导性能的方法包括以下步骤：
步骤一，提供一承载部，该承载部包括一承载平面，该承载部由高导热材料构成，本实施例采用金属铜，该承载平面具有较低的表面粗糙度。
步骤二，设置待测热介面材料样品于承载部的承载平面，该热介面材料样品可通过涂覆或其它方法均匀设置于承载平面上。
步骤三，提供一扣合部，该扣合部包括一扣合平面及一温度量测孔，该扣合部由高导热材料构成，本实施例采用金属铜，该扣合平面具有较低的表面粗糙度。
步骤四，提供多个扣具，将热介面材料以一定的扣合力扣合于承载部与扣合部之间，使得热介面材料两表面分别与承载平面及扣合平面相接触。
步骤五，提供一加热装置，该加热装置提供一恒定温度Tw于承载部。本技术方案的加热装置采用一盛有水的水槽，水槽中水的温度可通过加热或其它方式维持于恒定温度Tw。该承载部部分浸没于水中，将热量传递至热介面材料，并通过热介面材料传递至扣合部。
步骤六，通过温度测量装置测量扣合部的温度，并记录下扣合部温度上升至恒定温度Tw的时间，本实施例采用温度计通过位于扣合部的温度量测孔进行测量。
在应用本技术方案热传导性能检测装置对大量热介面材料样品进行筛选时，先采用上述步骤测量第一热介面材料样品上升至恒定温度Tw所需的时间，然后重复前述步骤测量第二热介面材料样品上升至该恒定温度Tw所需的时间，以及比较该第一热介面材料及该第二热介面材料上升至该恒定温度Tw所需的时间，由于本技术方案热传导性能检测装置安装简易且量测速度快，因此能够迅速对热介面材料样品进行筛选。
图3是本技术方案的热传导性能检测装置测量不同热介面材料样品的温度-时间曲线示意图。本技术方案的热传导性能检测装置分别针对不同热介面材料样品c1、c2与c3进行量测，并记录下其温度-时间曲线。由图3可以看出，热介面材料c1的温度上升至恒定温度Tw所花时间最少，因而其具有相对最好的热传导性能，热阻值最小。而热介面材料c3则热阻值最大，热传导性能最差。
本技术领域的技术人员应明白，本技术方案的承载部12与扣合部13也可采用其它高热导金属材料，如金属铝。该承载部12与扣合部13也不仅限于圆柱体，也可为长方体或其它形状。另外，本技术方案也可采用红外线加热或其它方式替代通过水槽11中恒温水11′来提供一恒定温度，并可去除承载部12的支撑部121的设置，只需控制能够提供一恒定的温度作用于第一导热块122即可。
与现有技术相比较，本技术方案的热传导性能检测装置具有以下优点：其一，本技术方案的热传导性能检测装置采用简易扣具来提供一扣合力且采用简易加热装置水槽提供一恒温热源，结构简单，安装快速，量测时间也大为缩短，适合做大量样品的快速筛选；其二，本技术方案的热传导性能检测装置于量测时只需量测一个温度点，并记录下温度随时间变化的曲线即可；其三，本技术方案的热传导性能检测装置使用组件少，加热源采用恒温水槽或其它装置，取得容易，成本低。

Claims (12)

1.一种热传导性能检测装置，其包括：一加热部；一承载部，该承载部包括一支撑块及与该支撑块一体成型的第一导热块，该第一导热块进一步包括一承载平面；一扣合部，该扣合部包括一第二导热块，该第二导热块进一步包括一扣合平面与上述承载平面相对应；及多个扣具，其特征在于，该加热部提供承载部一恒定的温度，该扣具两端分别扣住第一导热块与第二导热块，该第二导热块进一步包括一温度量测装置用于测量第二导热块的温度。
2.如权利要求1所述的热传导性能检测装置，其特征在于该第一导热块与第二导热块具有相同的横截面积。
3.如权利要求2所述的热传导性能检测装置，其特征在于该第一导热块与第二导热块的横截面积大于该支撑块的横截面积。
4.如权利要求1所述的热传导性能检测装置，其特征在于该承载部与该扣合部材料包括高导热系数材料。
5.如权利要求4所述的热传导性能检测装置，其特征在于该高导热系数材料包括金属铜。
6.如权利要求1所述的热传导性能检测装置，其特征在于该扣具为“ㄩ”形。
7.如权利要求6所述的热传导性能检测装置，其特征在于该扣具材料包括绝热弹性材料。
8.如权利要求1所述的热传导性能检测装置，其特征在于该加热部包括一水槽，该水槽盛有具一定温度的水，该支撑块浸没于水槽中。
9.如权利要求8所述的热传导性能检测装置，其特征在于该第二导热块包括一温度量测孔。
10.一种热传导性能检测方法，其包括以下步骤：
提供一承载部，该承载部包括一承载平面；
设置待测的第一热介面材料样品于承载部的承载平面；
提供一扣合部，该扣合部包括一扣合平面及一温度量测孔；
将该第一热介面材料扣合于承载部与扣合部之间，使得该第一热介面材料两表面分别与承载平面及扣合平面相接触；
提供盛有水的水槽，该水槽中水的温度维持恒定温度(Tw)；
仅将承载部浸没于水中，以恒定温度(Tw)对承载部进行加热；
通过该温度量测孔测量扣合部的温度，并记录下扣合部温度上升至该恒定温度(Tw)的时间。
11.如权利要求10所述的热传导性能检测方法，其特征在于该承载部将热量传递至热介面材料，并通过热介面材料传递至扣合部。
12.如权利要求10所述的热传导性能检测方法，其特征在于进一步包括重复前述步骤测量第二热介面材料样品上升至该恒定温度(Tw)所需的时间，以及比较该第一热介面材料及该第二热介面材料上升至该恒定温度(Tw)所需的时间。
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